◎ 采写丨科技日报驻法国记者 李宏策
◎ 策划丨何屹 房琳琳
巴黎圣母院,矗立于巴黎发源地,是法国丈量前往各地里程的起测点,是天主教教堂、哥特建筑代表作,更是法兰西乃至欧洲文明的象征、曾见证无数重大历史瞬间的史诗殿堂。
敦煌莫高窟,是华夏文化的基因库,坐镇西域门户的佛教石窟,于四大文明交汇之地穿越千年,经累世修葺,凝千年艺海之精髓,汇四方文化之瑰宝,更是岁月的定格。
两处代表东西方文明的绝世至宝,分别承载着两国人民的集体记忆和心灵依托。
巴黎圣母院在2019年突遭大火,一度失控的烈火将教堂顶部大部分木质结构烧毁,具有象征意义的尖塔也在大火中倒塌。那一夜,聚集在街头的巴黎市民目瞪口呆,震惊、惋惜、悲伤,所有情绪都涌向塞纳河上的这座小岛。
技术人员乘起重机进行修复工作
相隔万里的敦煌莫高窟更是历经磨难,藏经洞文物流失四海,石窟壁画塑像屡屡蒙损,敦煌之痛让无数国人扼腕。更让人无奈的是,尚存的旷世杰作恐怕也难敌岁月风蚀。
所幸,在欧亚大陆的两端,有一批守护者,正在借助最新的科技,让两处世界遗产浴火重生、历久弥新。
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科学救援避免了更坏情况
2022年9月,巴黎圣母院维护与重建总负责人让·路易·乔治林将军宣布,正式启动教堂尖顶、拱顶和屋架的重建工作。在各方努力下,大教堂有望在2024年巴黎奥运会期间重新开放,重现往日辉煌。
有法国媒体称,如果巴黎圣母院的大火发生在10年前,则不确定大教堂今天是否仍然存在,火灾带来的严重后果将无可挽回。所幸,此次巴黎圣母院遭遇大火之初,最先进的技术就被应用到挽救行动中,并在此后的修复工作中持续扮演着极为重要的角色。
被脚手架包围的巴黎圣母院
根据法国警方对救援过程的回顾,巴黎警察局在火灾发生不久就部署了多架配备摄像头的无人机,将空中观测到的图像传送到消防队总部,以实时了解教堂损毁情况,尤其是帮助消防指挥掌握大火蔓延的实况,从而不断调整消防队的响应行动。在无人机的协助下,消防队及时将工作重点聚焦到对两座钟塔的救援上。一旦固定大钟的木制支架焚毁,重达数十吨的大钟坠落将可能导致钟楼倒塌,并可能引发大教堂大范围坍塌。这一决策使得教堂主体结构得到保护。
值得一提的是,巴黎警方派出的无人机由中国大疆公司制造,型号分别是“御Mavic Pro”和“经纬M210”。两款四轴无人机都经受住了高温和浓烟的考验并出色完成了任务,这不仅比派直升机更快、更简便,而且能够更接近火场。
大疆公共安全整合总监罗密欧·杜舍尔也参与到本次救援行动中,他对媒体表示,消防队员依靠御Mavic Pro的可见光摄像头、光学和电子变焦镜头实现了对火灾动态的追踪。巴黎消防局普律中校也对它们予以肯定:“这些无人机帮助官员作出决定,帮助我们更好地使用灭火工具,从而在关键时刻拯救了大教堂的两座钟楼。”
除了在外部提供“空中支援”,巴黎消防队还派出机器人在教堂内部实施灭火作业。由于垂直于教堂上方的尖塔随时可能坍塌,最初派入教堂的队伍被召回。危急关头,名为“巨人”的机器人填补了消防员空缺。连接高压水枪的“巨人”临危受命,携带沉重的消防设备深入教堂内部,在恶劣的环境下喷射大量冷却水,有效降低了教堂内部的温度。在这场内部大救援中,“巨人”的角色是决定性的。
大火熄灭后,无人机和机器人的工作并没有停止。在火灾发生后的几天里,屋顶仍有可能坍塌,团队无法进入教堂内部。无人机和机器人分别从外部和内部拍摄大教堂受损图像,并以3D形式绘制出圣母院的最新状况。
几个月后,教堂部分结构仍然有倒塌的可能,一些区域还无法进入。因此,4台机器人肩负着帮助清理建筑物瓦砾的任务。这些通过远程控制的机器人不仅能够运输最重的石块,还能够切割金属脚手架,甚至可以清扫地面。
可以说,无人设备的参与贯穿了巴黎圣母院的整个救援工作。
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数字技术让重建成为可能
法国总统马克龙曾在火灾现场表示,巴黎圣母院代表着他们的历史、文学和想象力,重建巴黎圣母院是法国人民的期待,也是他们的历史使命。他希望巴黎圣母院能够在5年内完成重建。
工作人员对巴黎圣母院窗户进行修复
对于5年内完成重建,不少专家质疑,认为是不可能完成的任务。雄心壮志之下,大教堂的重建千头万绪,要如期完工面临艰巨挑战。但在各种新技术和创新团队的参与下,在建筑师、计算机科学家、工程师、3D设计师和考古学家的通力合作下,不可能完成的任务或能奇迹般实现。
先来说说建筑信息模型(BIM)技术
为了协调在现场同时实施的各类修复作业,巴黎圣母院重建团队创建了一套高效的建筑信息模型。该模型在教堂重建工程的全周期内,应用三维、实时、动态的模型将教堂的几何、空间、地理、各种建筑组件的性质及工料等各方面信息涵盖其中,通过模型和数字化技术手段进行复杂的信息管理。
模型的构建,一方面基于大教堂火灾前的3D数字信息,另一方面通过灾后调查收录的最新教堂信息,其中包括4万多张照片、热图像和400幅无人机拍摄的高精度全景照片。借助数字管理平台,各施工方能够实时共享所需的所有信息。
其实,各团队在施工过程中也都有赖数字技术的辅助。例如,参与重建的阿涅斯(Jarnias)团队是法国建筑项目高空作业的领导者,在火灾发生几天后即抵达现场。该团队的任务是从巴黎圣母院上方清除瓦砾,安装安全网以防止物体坠落,布置防水布,以及拆除烧毁的脚手架。由于大教堂受损建筑很脆弱,这些工作需要特别精细的操作。为实现以上目标,阿涅斯团队利用一款现场监控数字平台,能够为团队施工优化时间、控制成本和提升现场操作效率,特别是在困难条件下,例如当团队悬挂在数米高的环境时,施工人员可以通过数字平台的移动终端进行实时协作。
巴黎圣母院的重建工作异常庞大、复杂,各方施工前都需要先通过数字平台完成计划,以节省大量空间、时间,提升总体效率。最新应用的数字平台能够促进不同作业团队之间的合作。特别是在这种持续时间较长的庞大项目中,有助于从未合作过的大型团队之间开展信息共享和协同施工。
此外,3D测绘、3D建模和3D打印技术也值得大书特书。
图形艺术与遗产公司(AGP)是法国增强现实、虚拟现实和建筑信息模型的先驱,在巴黎圣母院火灾后不久,AGP即应邀参与拯救大教堂的紧急行动。AGP团队与制造便携式3D测量系统的工业公司FARO开展合作,对巴黎圣母院建筑物进行了精确的3D勘测,同时结合2500多篇参考文献,对建筑物损害情况进行了全面评估。
过去10余年间,AGP曾使用激光扫描(激光测绘)和摄影测量技术,在巴黎圣母院大教堂内进行了多轮3D勘测。其中就包括AGP与比利时艺术史学家安德鲁·塔隆于2010年一起参与的巴黎圣母院的数字化运动。AGP对巴黎圣母院进行的所有扫描共记录了约500亿个数据点,安德鲁·塔隆也通过激光和球形相机对大教堂进行约50次扫描,记录了超过10亿个数据点。对于这次不幸全部焚毁的木制框架,AGP也曾利用150次毫米级数字扫描,建立了超过30个亿数据点(每平方毫米1至2个点位),完整记录了屋顶框架无与伦比的细节。这些工作都为精准再现和重建提供了基础。
近年来,3D建模技术在建筑业的应用已经拓展至古建筑修复,特别是让一些存在复杂结构古建筑的修复、重建成为可能。例如,被摧毁的巴尔米拉古城曾是叙利亚的古建筑杰作,目前已由法国初创公司Iconem借助摄影测量、无人机3D扫描以及图形比较等技术实现了精准的3D建模。这家公司也参与到巴黎圣母院的重建工作中。
3D打印技术,更是可以快速、精确地复制某些零件或零件的某一部分。这种技术已经在法国亚眠大教堂的最后一次修复中获得应用,亚眠大教堂的某些雕塑损坏严重,这些雕塑已置于保护之下,并由3D打印的模型取代。同样的技术还被用于修复损毁的巴尔米拉凯旋门。
让·路易·乔治林称,重建过程中遇到了各种各样的难题,但维护与重建团队通过不断探索创新办法,已经闯过了一个又一个难关。可以确信的是,巴黎圣母院的重建,将是各类新技术、新应用的大集合。
工作人员对巴黎圣母院窗户进行修复
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“数字敦煌”敢为人先
光照褪色、结构失稳、风化破坏、水害侵蚀、壁画酥碱,敦煌莫高窟面临保护之难。早在上世纪80年代,时任敦煌研究院副院长樊锦诗通过一次偶然的机会,了解到计算机可以将图像永久保存下来。樊锦诗由此提出了“数字敦煌”的初步构想,希望借此留住璀璨绚丽的国宝。
“数字敦煌”旨在利用计算机技术和数字图像技术,实现敦煌石窟文物的永久保存和永续利用。自此,敦煌在利用数字化技术保护文物的道路上不断前行,不仅在国内敢为人先,在全球范围内也走在前列。
历经30多年的发展,敦煌研究院已建立起一整套文物数字化采集、加工、存储、展示等关键技术体系,形成了数字化摄影采集、洞窟三维重建、洞窟全景漫游等大量数字化资源。
2016年,“数字敦煌”资源库上线,实现了30个洞窟整窟高清图像和全景漫游节目全球共享。2017年,“数字敦煌”资源库英文版上线,进一步向全球展示敦煌魅力。目前访问用户遍布全球78个国家,累计访问量超过1680万余次。“数字敦煌”资源库已成为面向全球传播敦煌文化的重要窗口。
2022年6月,敦煌研究院和腾讯成立“文化遗产数字创意技术联合实验室”,联合打造“数字藏经洞”,以数字孪生技术为手段,原始比例还原敦煌藏经洞,同时让已流失海外或进入博物馆的文献在洞窟中“重现”。敦煌研究院收藏的001号文献《归义军衙府酒破历》是最先展示的内容,法国国家图书馆于2015年向我国提供了馆藏《归义军衙府酒破历》尾段高清数字复印件,至此敦煌研究院得以数字复原文书的全貌。
2022年7月,敦煌研究院借助数字技术将莫高窟“搬”进北京,在京展示近50件(套)文物数字化研究成果。三维扫描和3D打印技术还原了彩塑的神韵,三维重建和艺术复原等比例复制了彩塑形貌。
敦煌莫高窟数字化延至今日,已形成一套适用于不可移动文物壁画的数字化方法,不仅将多种成熟技术广泛应用于敦煌石窟的数字化保护中,还编制了不可移动文物的数字化标准。
敦煌莫高窟壁画修复前被微缩印刷在纸张上
跟此前相比,敦煌数字化产品分辨率得到很大提升,利用渲染、动效、UI交互、虚拟融合等新技术,更多鲜活的内容融入数字成果当中,广大用户能够深度地参与数字浏览过程,了解文物背后的故事,让目之所及都能真正地“活”起来。
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中法携手助力文明传承
巴黎圣母院的大火为全世界敲响了文物保护的警钟。
近些年来,诸多著名的文化遗产被烈火损毁,从西班牙巴塞罗那的利塞奥歌剧院到意大利威尼斯的凤凰剧院,从韩国“第一国宝”的首尔崇礼门,再到巴西国家博物馆,烈火不时给珍贵的古建筑带来灾难,更不用提战乱地区博物馆和文物遭到的洗劫。
文物是人类文明的结晶,历史长河中留存的文物宝藏,经历岁月更替,弥足珍贵。全球范围内,文物保护都是重要课题,面对文物的脆弱性和不可再生性,急迫需要用更先进的手段、更专业的技术、更智慧的途径加以呵护。而中法两国正在这一领域携手共进。
2019年,在巴黎圣母院遭遇火灾后不久,中法双方随即进行了密切沟通,两国最终签署文件,就巴黎圣母院修复开展合作,中国专家将有机会参与巴黎圣母院修复工作。
根据这份文件,中法双方将在2020年确定巴黎圣母院保护修复合作的主题、模式及中方专家人选,尽早选派中国专家与法国团队共同参与现场修复工作。文件还明确,中法双方将就陕西秦始皇陵兵马俑保护开展技术与科学交流及培训项目。
时任国家文物局局长刘玉珠就此表示,选取巴黎圣母院和秦始皇陵兵马俑这两个两国各自最具标志性的文化遗产开展保护修复和研究,将极大拓展中法文化遗产合作的深度,在世界范围内产生积极示范效应。
2021年5月,敦煌研究院与法国吉美国立亚洲艺术博物馆正式发起中法“数字藏经洞”项目,共同探索敦煌文物的数字化保护与传播发展的新方向、新模式、新方案。敦煌研究院与法国吉美博物馆的学术交流与互动,将从数字保护、数字传播等角度,搭建起常态的合作模式,并探索更多中法相关的文化合作,包括中法敦煌文物互展等。
中国驻法国使馆文化公参严振全对记者表示,中法两国都是文化大国,文化影响力强,两国文化都深受对方民众喜爱。2024年是中法建交60周年,还是中法文化旅游年,两国在文化领域的交流合作会更加紧密。
雨果在《巴黎圣母院》的前言中写道:“不论建筑艺术的前景如何,也不论我们年轻建筑家们有朝一日怎样解决建筑艺术问题,还是让我们在期待新的宏伟建筑出现之前,先好好保护现存的古迹吧!”
敦煌研究院的一面墙上也写了这样一段话:“历史是脆弱的,因为她被写在了纸上,画在了墙上;历史又是坚强的,因为总有一批人愿意守护历史的真实,希望她永不磨灭。”
工作人员修复敦煌莫高窟壁画
文明之所以伟大,或许是因为烈火和风蚀之下,总有一代又一代的守护者挺身而出,让我们仍能看到从历史长河穿越至今的光彩。新一代的文物守护者正在借助数字技术等最新科技,让古建筑重生,让壁画彩绘在数字世界中永久保存。与此同时,随着计算机技术的进步和普及,各种形式的数字艺术正在蓬勃发展,数字画笔在中西文明的画板上又将绘制新的色彩。
历史建筑和珍贵文物不可再生,但修复和重建能够将其所代表的精神内涵和文明记忆传承下去。文明不老,因有传承,而科技让这传承永续。
文中图片均由视觉中国提供
科技日报•深瞳工作室出品
微信编辑丨沈唯(实习)
审核丨朱丽
终审丨王郁
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